中國地震臺網(wǎng)正式測定:
03月21日14時48分在江蘇連云港市灌南縣(疑爆)(北緯34.33度,東經(jīng)119.73度)發(fā)生2.2級地震。
本文介紹建筑防爆設(shè)計的基本知識。
爆炸:在極短的時間內(nèi),能量突然釋放,一般伴隨著產(chǎn)生大量高溫高壓的氣體,極速膨脹,形成沖擊波。
根據(jù)爆炸的特性,我們可以把爆炸分成兩類:爆轟和爆燃。兩者的區(qū)別可見下表。
爆炸對人和建筑產(chǎn)生的損害,主要是由于爆炸產(chǎn)生沖擊波,下面分別列表說明沖擊波大小對人體和建筑的破壞程度。
沖擊波對人體的傷害程度
沖擊波對建筑結(jié)構(gòu)的破壞程度
由于受篇幅所限,本文僅關(guān)注民用建筑防爆設(shè)計,相應(yīng)來說,爆炸的威力、爆炸發(fā)生的概率都要小很多,因此從爆炸防護(hù)來說也不需要像軍事建筑、化工建筑采用成本代價較高的抗爆、防爆措施。
眾所周知,燃?xì)獗ㄊ窃诮ㄖ?nèi)發(fā)生的最常見的爆炸形式。燃?xì)獗ǖ脑蛞话愣际蔷用駨N房天然氣泄漏,當(dāng)天然氣濃度達(dá)到一定程度,一般是10%左右,遇到明火或者電火花就會發(fā)生劇烈燃燒,在有限空間內(nèi)產(chǎn)生大量高壓氣體,從而發(fā)生爆照,我們先來看看下面這個例子。
某小區(qū)突然發(fā)生猛烈爆炸,火光沖天。
與炸彈爆炸相比,燃?xì)獗ㄓ衅渥陨硖攸c,它屬于燃爆的范疇,爆炸的損害程度主要取決于兩個方面,一是燃?xì)獾臐舛龋≦),一是發(fā)生爆炸的房間的大?。╒)?,F(xiàn)在常見的住宅燃?xì)獗óa(chǎn)生的沖擊波超壓值,爆炸中心超壓可達(dá)到100KPa以上,爆炸影響空間附近沖擊波波陣面壓力一般在20~60KPa。
根據(jù)燃爆的特點,設(shè)計人員可以從兩個方面去考慮如何進(jìn)行防護(hù),一是加強(qiáng)建筑的堅固程度,限制其爆炸就發(fā)生在某個房間內(nèi),火和沖擊波不外泄,類似于工業(yè)建筑中的抗爆間室,還有一種方式就是采取合理的路徑進(jìn)行火和沖擊波的引導(dǎo),讓其走一條損傷最小的通道進(jìn)行泄壓。顯而易見,民用建筑由于其功能和成本要求,只能采用第二種方式進(jìn)行人員和建筑的防護(hù)。
住宅建筑中爆炸的位置一般位于燃?xì)夤芫€集中的廚房,因此下面就廚房燃?xì)獗ǚ雷o(hù)設(shè)計簡要進(jìn)行分析。
一:廚房貼外墻設(shè)置,開間宜大,進(jìn)深應(yīng)盡量小。外墻采用輕質(zhì)易碎材料砌筑或開大窗進(jìn)行泄壓,不宜在該處設(shè)置大面積混凝土剪力墻。
二:在需要重點防護(hù)的房間(類似如臥室)與廚房相鄰的隔墻應(yīng)采用混凝土配筋墻或者采用配筋砌體。配筋砌體厚度不宜小于200mm,兩邊采用不小于直徑8mm的鋼筋網(wǎng)片進(jìn)行二次抹灰。
三:廚房的門不宜正對臥室等人員停留處。
下面就一個戶型進(jìn)行燃?xì)獗ǚ雷o(hù)設(shè)計相關(guān)改進(jìn)。
民用建筑內(nèi)爆炸防護(hù)設(shè)計受限于功能和成本不能采用工業(yè)中抗爆間室的形式,必須結(jié)合燃爆的特點,進(jìn)行合理的房間布局,讓易發(fā)生爆炸的房間盡量遠(yuǎn)離臥室、客廳等人員長期停留位置。同時采取適當(dāng)?shù)摹翱埂焙汀靶埂钡姆椒?,廚房開間盡量留出足夠的向外泄壓的泄爆面,臨廚房的房間根據(jù)功能需求,隔墻采用混凝土配筋墻或者配筋實心砌體墻,既防火又防爆。盡可能在建造成本的限制下,保障居住者的人身安全。
發(fā)生在建筑外的爆炸,從全球范圍來說,主要是恐怖襲擊、汽車炸彈等,但就目前中國國內(nèi)民用建筑,尤其是住宅建筑,面對的爆炸威脅主要還是來自住宅小區(qū)周圍的化工廠、熱力廠房、危險化學(xué)品的倉庫、市政煤氣管道等。
例如天津港爆炸:
爆炸事件中損壞的小區(qū)住宅
在小區(qū)規(guī)劃和建筑設(shè)計階段,設(shè)計師就增加了一項新的任務(wù)就是考慮建筑防爆設(shè)計。下文從該類爆炸危害的特點出發(fā),從小區(qū)規(guī)劃、建筑設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計三個方面簡單闡述一些防護(hù)措施。
建筑外一定距離的爆炸,不論是化學(xué)品的燃爆還是炸彈的爆轟對建筑和人員的損害主要是沖擊波和豎向沖擊波引起的巖土壓縮波。
沖擊波傳播效果圖
沖擊波與傳播時間關(guān)系
沖擊波的衰減主要跟時間和距離正相關(guān),距離越遠(yuǎn),沖擊波到達(dá)后波陣面的峰值壓力就越小。
1. 在建筑總圖布置時候,讓建筑和潛在“恐怖分子”之間距離盡可能遠(yuǎn),讓沖擊波到達(dá)建筑的要走的路更長。
2. 設(shè)置障礙,沖擊波的傳播可以被起伏的地形削弱的。在它的傳播路徑,景觀設(shè)計師可以設(shè)置樹木、假山進(jìn)行干擾。如果有條件也可以在面向危險的方向設(shè)置景觀阻擋沖擊波的傳播。
3. 設(shè)置隔震溝。爆炸中心引起的巖土壓縮波從地表隨著深度的增加呈指數(shù)關(guān)系衰減,在小區(qū)面向危險方向,結(jié)合景觀設(shè)計設(shè)置1~2米深度的沙溝或者水溝對于隔斷巖土壓縮波傳播有較好作用。
1. 臨爆炸危險面立面盡量規(guī)則,不出現(xiàn)凹面,以免沖擊波在建筑表面進(jìn)行反射造成二次損傷。
2. 臨爆炸危險面少開窗、開小窗。窗戶玻璃宜采用塑性玻璃。
3. 臨爆炸危險面不設(shè)置懸挑陽臺和混凝土結(jié)構(gòu)遮陽棚。
4. 屋面裝飾構(gòu)件宜盡量簡單,易于結(jié)構(gòu)連接。
1. 防連續(xù)倒塌設(shè)計。首先應(yīng)考慮在強(qiáng)烈沖擊波作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件局部破壞不會引起建筑的倒塌。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段就要考慮性能化設(shè)計,增加結(jié)構(gòu)的冗余度,主要受力構(gòu)件采用多次超靜定結(jié)構(gòu)。
2. 建筑外墻優(yōu)先采用全混凝土結(jié)構(gòu)。在無法全采用混凝土結(jié)構(gòu)墻體的情況下,臨爆炸危險面的后砌筑外墻采用配筋砌體結(jié)構(gòu),并適當(dāng)增加設(shè)置圈梁和構(gòu)造柱,增強(qiáng)外墻的完整性和抗爆炸倒塌能力。
3. 嚴(yán)禁采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。爆炸沖擊波在正壓力之后有一個負(fù)壓沖擊的過程,因此結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)避免采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的連接構(gòu)造方式應(yīng)考慮爆炸荷載的反向作用。
結(jié) 語
民用建筑防護(hù)爆炸問題雖然在我國已開始逐漸受到重視,但對這方面的研究仍處于起步階段,許多問題有待深入研究。本文從爆炸原理角度論述一些設(shè)計方法,還只是一種易于在實際工程中實現(xiàn)的簡單構(gòu)造防護(hù)措施,具體的計算方法和設(shè)計規(guī)范還有待工程研究和相關(guān)政府部門的協(xié)同努力。
爆炸事故的負(fù)面影響非常之大,一旦發(fā)生,后果非常嚴(yán)重。我們該認(rèn)識到規(guī)范制度,約束人員做好防火防爆措施在建筑建造方面是必不可少的。下面帶大家來盤點一下建筑的那些防爆設(shè)計。
首先要分清爆炸物質(zhì)是粉塵爆炸、氣體爆炸還是炸藥爆炸?不同類型的爆炸預(yù)防方式是不一樣的。
然后是防火防爆設(shè)計。防火防爆設(shè)計有這些方面:
1、考慮總體布局、廠址選擇和廠區(qū)總平面的配置對限制災(zāi)害的要求;包括:廠址選擇;總平面布置;防火間距等。
2、建筑防火防爆的設(shè)計;包括:生產(chǎn)及儲存的火災(zāi)危險性分類;建筑物的耐火等級;廠房的耐火等級;層數(shù)和占地面積;廠房建筑的防爆設(shè)計。
3、消防撲救設(shè)施的設(shè)置。
建筑防爆設(shè)計的基本要求
1、有爆炸危險的甲、乙類生產(chǎn)廠房,宜采用一、二級耐火等級建筑;
2、有爆炸危險的廠房、庫房,宜采用單層建筑;
3、有爆炸危險的生產(chǎn)或儲存,不應(yīng)設(shè)在建筑物的地下室或半地下室內(nèi);
4、有爆炸危險的廠房、庫房,宜采用敞開或半敞開建筑;
5、有爆炸危險的甲、乙類生產(chǎn)廠房和庫房,其防火墻間的占地面積不宜過大;
6、有爆炸危險的甲、乙類生產(chǎn)廠房和庫房,宜采用鋼筋砼框架或排架結(jié)構(gòu);
7、有爆炸危險的甲、乙類生產(chǎn)廠房,應(yīng)設(shè)置必要的泄壓設(shè)施。
防爆及泄壓設(shè)施
一、防爆墻
定義:防爆墻指的是耐爆炸壓力較強(qiáng)的墻,也稱耐爆墻、抗爆墻。多設(shè)在有爆炸危險的廠房或倉庫中。
1、防爆磚墻:只用于爆炸物質(zhì)較少的廠房和倉庫。
2、防爆鋼砼墻:理想的防爆墻。
3、防爆鋼板墻:以槽鋼為骨架,鋼板和骨架鉚接或焊接在一起。
二、防爆窗
安裝防爆墻上,發(fā)生爆炸時要求防爆窗堅而不碎,玻璃碎而不掉。
按玻璃不同,防爆窗分為:
1、安全玻璃防爆窗
2、防彈玻璃防爆窗
三、泄壓輕質(zhì)屋蓋
要求自身重量不超過120Kg/m2,一般采用石棉瓦材料。
(一)無保溫層的泄壓輕質(zhì)屋蓋:適用于非寒冷地區(qū)。
(二)有保溫層的泄壓屋蓋適用于寒冷地區(qū)或炎熱地區(qū)。
四、泄壓輕質(zhì)外墻
把輕質(zhì)墻板(石棉水泥波形瓦)懸掛在砼橫梁上。
(一)無保溫層:適用于長江以南地區(qū)。
(二)有保溫層:在外墻內(nèi)壁加一層保溫層(難燃木絲板或不燃礦棉板等),適用于有保溫隔熱要求的廠房。
五、泄壓窗
1、中旋窗:壓力差
2、固定窗:彈性鋼板夾和鏈條
3、外平開窗:銅質(zhì)彈簧軋頭
六、不發(fā)火地面
對于散發(fā)比空氣重的可燃?xì)怏w、可燃蒸汽的甲類廠房以及有粉塵纖維爆炸危險的乙類廠房,應(yīng)采用不發(fā)火地面。
按材料不同分為幾類:
1、不發(fā)火金屬地面:銅、鋁、鉛等有色金屬材料。
2、不發(fā)火非金屬地面
?、俨话l(fā)火有機(jī)材料地面:
瀝青、木材、塑料、橡膠等, 但注意其大多數(shù)有絕緣性。
?、诓话l(fā)火無機(jī)材料地面
不發(fā)火無機(jī)材料有:石灰石、大理石、白云石。一般采用不發(fā)火水泥石砂、細(xì)石砼、水磨石等地面。